Ein Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie M87

Mithilfe des Doppler-Effekts können Schülerinnen und Schüler die Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich Gas in einer bestimmten Entfernung um das Zentrum der Galaxie M87 bewegt. Aus diesen Daten können sie dann auf die Masse schließen. Die mit einfachen Mitteln zu erzielenden Resultate sind durchaus mit den in der Literatur publizierten Werten vergleichbar. Das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommene Bild (links) zeigt den aktiven Kern der Galaxie, aus dem ein gebündelter Jet aus Elektronen und subatomaren Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit herausschießt.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• den Verlauf der Rotationskurven von Galaxien mit und ohne Schwarzem Loch im Kern der Galaxie erklären können.
• mithilfe des Doppler-Effekts die Geschwindigkeit bestimmen, mit der das Gas in Abhängigkeit von der Entfernung zum Zentrum der Galaxie M87 rotiert, und daraus auf die Masse schließen.
• die Geometrie der um das Zentrum der Galaxie rotierenden Gasscheibe (Projektion des kreisförmigen Rings als Ellipse an die Himmelssphäre) in ihre Berechnungen mit einbeziehen und dadurch ihr räumliches Vorstellungsvermögen schulen.
• erkennen, dass die Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops nicht ausreicht, in der Nähe des Schwarzschildradius relativistische Geschwindigkeiten nachzuweisen zu können.
• für das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie neben den charakteristischen Eigenschaften der Rotationskurve noch weitere Indizien kennenlernen.

Kurzinformation

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das hier vorgestellte Projekt ist eine von mehreren Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, die von der Arbeitsgruppe Fachdidaktik der Physik und Astronomie an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt wurden (weitere Projekte: Die Entfernung der Supernova SN 1987A und Die Entfernung der Galaxie M100). Von den mathematisch anspruchsvollen Übungen stellt das hier vorgestellte Projekt die höchsten Anforderungen an die Schülerinnen und Schüler.

• Die Suche nach Schwarzen Löchern
  Neben der Geschwindigkeit von Sternen oder Gas im Kern der Galaxien müssen bei der Suche nach möglichen Schwarzen Löchern noch weitere Kriterien herangezogen werden.

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Arbeitsmaterialien

Informationen für Lehrerinnen und Lehrer

• Lehrerhandreichung - Ein Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie M87
  Damit Ihre Schülerinnen und Schüler die Berechnungen auch tatsächlich selbst erarbeiten, stellen wir die Lehrerhandreichung nur im Bereich "Mein LO" zur Verfügung.
  

Zusatzinformationen

• Links und Literatur
  Informationsquellen zur Riesengalaxie M87, zum Virgo-Galaxienhaufen und zu möglichen Schwarzen Löchern in weiteren Galaxien - auch in der Milchstraßengalaxie

Informationen zu den Autoren

Prof. Dr. Karl-Heinz Lotze ist Leiter der Arbeitsgruppe Fachdidaktik der Physik und Astronomie an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

• Mehr Informationen im Autorenverzeichnis
  Hier können Sie Kontakt mit Herrn Prof. Dr. Lotze aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.

Dr. André Diesel ist Diplom-Biologe und Fachredakteur für Naturwissenschaften im Projekt "Naturwissenschaften entdecken!".

• Mehr Informationen im Autorenverzeichnis
  Hier können Sie Kontakt mit Herrn Dr. Diesel aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.

Kommentare zu dieser Unterrichtseinheit

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